肖敏 孫杰

摘要：機(jī)車油機(jī)的燃燒室是一個(gè)密閉的空間，隨著機(jī)車的運(yùn)用，有時(shí)由于活塞環(huán)槽內(nèi)存有積炭顆?；蛘呋钊h(huán)發(fā)生偏磨、斷裂、扭曲等故障情況會(huì)造成燃燒室密封不良，燃?xì)庀赂Z，機(jī)油上竄的現(xiàn)象，輕者造成發(fā)動(dòng)機(jī)冒藍(lán)煙，氣缸內(nèi)積炭增加，曲軸箱壓力升高，造成機(jī)車經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性下降，排放污染上升；重者會(huì)造成油機(jī)拉缸、停機(jī)等設(shè)備故障，甚至火災(zāi)事故。因此，油機(jī)的氣密性優(yōu)劣不但可以衡量發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能的好壞，而且對(duì)保障運(yùn)輸生產(chǎn)的安全有序有著重要的作用。本文通過(guò)筆者工作經(jīng)驗(yàn)和參考相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)內(nèi)燃機(jī)活塞氣密性進(jìn)行了進(jìn)一步簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)；活塞；氣密性；檢測(cè)

1內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)簡(jiǎn)述

活塞環(huán)是嵌套在活塞的環(huán)槽中與缸體內(nèi)壁相接觸，具有開口的環(huán)。雖然活塞環(huán)外型簡(jiǎn)單，但在內(nèi)燃機(jī)以及壓縮機(jī)等做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的零件中，它卻是對(duì)機(jī)器性能有著重要影響的零件之一。活塞環(huán)的主要作用可以概括成以下幾點(diǎn)：保持氣體封密、控制機(jī)油、傳熱，支撐和潤(rùn)滑作用。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的氣體泄漏包含活塞環(huán)-氣缸套部位氣體泄漏、氣缸墊泄漏、進(jìn)排氣門處泄漏、火花塞（噴油嘴）處泄漏。而在所有的氣缸泄漏中，活塞環(huán)-氣缸套部位氣體泄漏占了很大的比例，約占據(jù)整個(gè)氣缸泄漏的80%（1）缸的氣密性好壞將會(huì)直接影響到整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性，排放性指標(biāo)。

活塞環(huán)從功能的角度，可以分為兩大類，一類為氣環(huán)，氣環(huán)具有兩個(gè)重要的功用，其一是與活塞共同作用密封發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，防止泄漏：其二是導(dǎo)出活塞頭部熱量。另一類為油環(huán)，油環(huán)的主要作用是使均勻分布?xì)飧妆诿娴臐?rùn)滑油，達(dá)到活塞潤(rùn)滑的目的，同時(shí)限制布油的量，防止?jié)櫥筒加瓦^(guò)多在氣缸內(nèi)燃燒，避免產(chǎn)生過(guò)多的燃燒室積碳以及潤(rùn)滑油消耗過(guò)快等問題。氣環(huán)與油環(huán)的配合使用，保證了氣缸內(nèi)的氣密性和潤(rùn)滑性，因此現(xiàn)階段的內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)組采用多個(gè)氣環(huán)和一個(gè)油環(huán)的組合。

2影響活塞環(huán)氣密性因素

活塞環(huán)氣環(huán)影響漏氣量的因素主要有：活塞環(huán)漏光、彈力、工作閉口間隙、彈力消失率、撓曲度、開口間隙大小、氣環(huán)外圓面與氣缸套合情況、氣環(huán)兩端面與活塞環(huán)槽上下端面配合情況、氣環(huán)數(shù)、潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)壓力等有關(guān)。

綜上所述活塞環(huán)氣密性檢測(cè)是活塞環(huán)檢測(cè)的最重要的指標(biāo)。

3活塞環(huán)氣密性檢測(cè)方法

活塞環(huán)氣體泄漏檢測(cè)方法，共分為三種，其一是靜態(tài)泄漏檢測(cè)方法，其二是動(dòng)態(tài)泄漏檢測(cè)方法，其三是運(yùn)動(dòng)平衡態(tài)泄漏檢測(cè)方法。這些為主要針對(duì)專門研究開發(fā)活塞環(huán)的精確檢測(cè)方法。

3.1靜態(tài)泄漏檢測(cè)方法

靜態(tài)泄漏檢測(cè)方法是使發(fā)動(dòng)機(jī)活塞停滯在氣缸上止點(diǎn)，利用壓縮機(jī)或者高壓氣瓶給燃燒室充入一定壓力的氣體，充入壓力氣體后，關(guān)閉進(jìn)氣閥門的同時(shí)開始計(jì)時(shí)、測(cè)壓，通過(guò)壓力隨時(shí)間的變化情況來(lái)判斷活塞環(huán)氣密性的好壞。

優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單，易于操作，成本較低，能比較準(zhǔn)確的比較活塞環(huán)之間的優(yōu)劣。缺點(diǎn)：和工作機(jī)實(shí)際是運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)泄漏脫離，沒有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)際干擾（溫度變化、潤(rùn)滑油阻塞等影響），所以所得結(jié)果與實(shí)際泄漏誤差較大。

3.2動(dòng)態(tài)泄漏檢測(cè)方法

是讓氣缸內(nèi)氣體保持一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，關(guān)閉充氣閥門，讓曲軸以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，活塞完成一個(gè)行程（壓縮行程或膨脹行程）到達(dá)另一個(gè)止點(diǎn)，檢測(cè)壓力變化和溫度變化，分析其泄漏量，判斷活塞環(huán)氣密性的好壞。

優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單，成本較低：和工作機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)泄漏接近，存在有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)際干擾，所以結(jié)果與實(shí)際泄漏誤差較小。缺點(diǎn)：和工作機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)泄漏接近，存在有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)際干擾，但是測(cè)量只有一個(gè)活塞行程，時(shí)間短，測(cè)試隨機(jī)誤差大，驅(qū)動(dòng)設(shè)備反映靈敏度也無(wú)法滿足要求，所以所得結(jié)果與實(shí)際泄漏誤差較大。

3.3運(yùn)動(dòng)平衡態(tài)泄漏檢測(cè)方法

是讓氣缸內(nèi)氣體保持一個(gè)大氣壓，關(guān)閉充氣閥門，讓曲軸以一定轉(zhuǎn)速連續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞連續(xù)完成多個(gè)壓縮行程和膨脹行程，到達(dá)一個(gè)最高壓力和最低壓力趨于穩(wěn)定的平衡點(diǎn)，檢測(cè)壓力和溫度隨時(shí)間（或轉(zhuǎn)數(shù)）變化，分析其泄漏情況，判斷活塞環(huán)氣密性的好壞。

優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單，易于操作，成本較低：和工作機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)泄漏更接近，所有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)際干擾都考慮到，所以所得結(jié)果與實(shí)際泄漏誤差最小。能較好的檢測(cè)和分辨出新型活塞環(huán)優(yōu)劣，也能檢測(cè)出使用過(guò)一段時(shí)間的活塞環(huán)的泄漏程度，同時(shí)亦能檢測(cè)一批次出產(chǎn)的活塞環(huán)的品質(zhì)好壞。缺點(diǎn)：效率相對(duì)于吉利公司的活塞環(huán)分揀機(jī)比較低，適合作為單個(gè)活塞環(huán)的比較檢測(cè)，而難于利用大批量的檢測(cè)，所以只做精密檢測(cè)的研究、開發(fā)試驗(yàn)。

這三種漏氣檢測(cè)方法通過(guò)壓力傳感器等都能計(jì)算機(jī)控制得自動(dòng)化檢測(cè)，如何提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度和檢測(cè)效率是以后研究的重點(diǎn)。而要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，提高檢測(cè)的精度的關(guān)鍵是數(shù)學(xué)建模。目前建模一般從以下五個(gè)方程出發(fā)，建立聯(lián)合方程組進(jìn)行建模：

一般首選就是理想氣體方程，這樣的優(yōu)點(diǎn)就是建模相對(duì)比較容易，缺點(diǎn)是理想氣體與實(shí)際氣體有比較大的差別，因此從范德華氣體方程或維利愛方程或馬丁.候方程出發(fā)聯(lián)合其它四個(gè)方程進(jìn)行建模，工作量會(huì)增大許多，但準(zhǔn)確度同時(shí)也會(huì)提高，更接近于實(shí)際。

其次是漏光檢測(cè)：用漏光檢測(cè)來(lái)代替漏氣檢測(cè)，以提高檢測(cè)的精度。對(duì)活塞環(huán)的檢測(cè)要求非常嚴(yán)格。以氣缸基本內(nèi)徑的環(huán)規(guī)作為標(biāo)準(zhǔn)具，將活塞環(huán)壓入其中，并保證活塞環(huán)的端面與環(huán)規(guī)的端面平行，則閉口間隙即其開口處縫隙的寬度；此時(shí)活塞環(huán)的外輪廓和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)內(nèi)輪廓相結(jié)合，如果這個(gè)結(jié)合圓周上有縫隙能使特定強(qiáng)度的光線通過(guò)，那么對(duì)這些縫隙的統(tǒng)計(jì)就是漏光度。漏光度實(shí)際上代表的是活塞環(huán)在工作時(shí)，與氣缸壁結(jié)合的氣密性，將其作為替代的檢測(cè)參數(shù)，是因?yàn)椴炜垂馐嚷庖奖愕枚唷Ｄ壳拔覈?guó)規(guī)定對(duì)活塞環(huán)的檢測(cè)主要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行檢測(cè)：（1）閉口間隙；（2）活塞環(huán)在活塞里面的漏光度。國(guó)家專門制定了檢測(cè)活塞環(huán)光密封度的標(biāo)準(zhǔn)（1）弧長(zhǎng)測(cè)量精度<2度中心角對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)；（2）連續(xù)漏光弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的中心角<25度不連續(xù)漏光累計(jì)弧長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)中心角<45度；點(diǎn)狀漏光不做漏光計(jì)；（3）閉口間隙處左右不漏光弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)中心角≥15度。以上標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)直徑為200mm以及一下的內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)的。目前我國(guó)的活塞環(huán)閉口間隙檢測(cè)大部分依靠人工用塞尺測(cè)量，勞動(dòng)強(qiáng)度高，檢測(cè)人員易疲勞?；钊h(huán)的漏光度檢測(cè)一般暗室里進(jìn)行，首先把被測(cè)活塞環(huán)壓入標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)，用光源照射環(huán)規(guī)，在暗室里觀察和估算漏光程度。對(duì)于工作人員來(lái)說(shuō)，勞動(dòng)強(qiáng)度更大，并且傷害眼睛。

4 總結(jié)

綜上所述，通過(guò)對(duì)內(nèi)燃機(jī)活塞氣密性進(jìn)行分析，可得出影響內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)漏氣量。在以后內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)生產(chǎn)過(guò)程中，可適當(dāng)優(yōu)化活塞環(huán)性能設(shè)計(jì)，如縮小漏氣通道面積、改善活塞環(huán)運(yùn)動(dòng)模式等。結(jié)合內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)組環(huán)面加工精度的控制，可有效控制內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)漏氣量。

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（作者單位：嘉興市計(jì)量檢定測(cè)試院）